Projekt Earth BioGenome želi sekvencirati vse življenje na Zemlji

Ljudje imamo slabo navado: že od svetopisemskih časov smo se spuščali v apokalipse samo zato, da smo v zadnjem trenutku kovali načrte, kako rešiti planet pred uničenjem.

No, morda nam je bila prihranjena božja jeza, ne pa še posledice podnebnih sprememb. Zaradi naraščanja morske gladine in globalnih temperatur je peščica sodobnih Noetov prevzela nalogo ohranjanja življenja za prihodnje generacije. Namesto skrinje so se obrnili na tehnologijo kot svojo posodo za ohranitev.

Na oddaljenem otoku v arktični Norveški je Svalbard Global Seed Vault ponuja utrjeno zalogo za približno 1700 drugih semenskih bank po vsem svetu. Cilj organizacije je ohraniti gensko raznovrstnost in rešiti kmetijstvo pred katastrofalnim propadom zaradi neprizanesljivega okolja.

Interdisciplinarna ekipa zadaj Digitalno življenje, po drugi strani,

uporablja kamere visoke ločljivosti za snemanje 3D slik živali, s poudarkom na ogroženih vrstah. Z brezplačno objavo teh 3D-modelov na spletu projekt pomaga pri izmenjavi znanstvenih podatkov po vsem svetu, hkrati pa ohranja vzorce – čeprav digitalno – za prihodnje generacije.

Zdaj si je ekipa genomikov zastavila svoj ambiciozen cilj - zaporedje genoma vseh rastlin in živali na Zemlji. Poklicali Projekt Earth BioGenome, upajo, da bodo odkrili skrivnosti evolucije, pomagali pri prizadevanjih za ohranitev in pomagali ohraniti načrt vrst za vedno.

Izvori

Projekt je zaživel na primeren način - na hrbtni strani prtička, medtem ko je nekaj znanstvenikov razmišljalo o skrivnostih življenja. V njuni razpravi sta Harris Lewin, Gene Robinson, in Janez Kres prišel v slepo ulico. Njuna znanstvena prizadevanja so se razlikovala – Lewin proučuje razvoj genoma, Robinson izvor družbenega vedenja v žuželke, Kress pa soevolucijo rastlin in ptic – vendar so se vsi strinjali, da bi potrebovali veliko več podatkov, da bi razbili njihovo posebne kode.

"Bilo je dobesedno na stotine vprašanj, ki smo si jih morali zastaviti, da bi spoznali skrivnosti življenja na planetu," je za Digital Trends povedal Lewin, profesor na kalifornijski univerzi Davis.

Kot genomiki je bilo veliko informacij, ki so jih potrebovali, zapakiranih v DNK, zato je Lewin načečkal nekaj izračune na hrbtni strani prtička, da bi videli, kaj bi bilo potrebno za popoln pregled in določanje zaporedja genomov vseh rastlinskega in živalskega sveta. Zdelo se je izvedljivo, je dejal, zato so začeli razmišljati o posledicah tako obsežnega genomskega zemljevida življenja na Zemlji.

»Ugotovili smo, da bo to, kar bomo imeli, nekako infrastruktura za novo biologijo,« je dejal, »znanstveni strukturo za resnično razumevanje, kako se je razvilo življenje na planetu, in seveda, kaj lahko iz tega izpeljete znanje.”

Kasneje so raziskovalci razvili časovnico in izvedli še nekaj formalnih izračunov ter ustvarili 10-letni načrt z ocenjenimi stroški 4,7 milijarde USD.

Razlogi

Projekt Earth BioGenome vodita dve glavni nalogi. Prvič, takšen vir bi genomikom omogočil dostop brez primere do navodil za življenje. Če na gene pomislite kot na sestavine in na organizme kot na obrok, so genomi kot recepti v evolucijski kuharski knjigi. Branje genoma vam morda ne bo natančno povedalo, zakaj je organizem tak, kot je, vendar vam daje precej jasen okvir za preučevanje, kako je nastal.

"Kako se je življenje organiziralo?" Lewin pravi in ​​začne naštevati skrivnosti evolucije. »Kakšni so odnosi med organizmi na planetu? To ni jasno glede na to, kako se izvaja tradicionalna taksonomija... Toda s primerjavo zaporedij DNK vsakega drugi lahko razumete razmerja in sčasoma ugotovite stvari, na primer kje so bili predniki zbližali.”

Drugi cilj projekta je preslikava DNK zaradi ohranjanja in ohranjanja.

"Ko poznate te genetske informacije, lahko oblikujete programe, ki bodo naravovarstvenim biologom omogočili razvoj načrtov za ohranjanje in ohranjanje na podlagi teh informacij," je dejal Lewin. To se morda sliši preprosto, vendar bo vključevalo načrte po meri za vsako zadevno vrsto.

Med prvo fazo projekta bodo raziskovalci poskušali določiti zaporedje približno 9300 vrst, je dejal Lewin, vsaj eno iz vsake evkariontske družine. Od 500 milijonov dolarjev, kolikor jih bo po Lewinovih ocenah potreboval za financiranje prve faze, je ekipa zbrala 100 milijonov dolarjev.

V poznejših fazah bodo razširili svojo mrežo, da bi vključili 23.000 vrst, ki so navedene kot ogrožene Mednarodno zvezo za varstvo narave in sčasoma upajo, da bodo zaporedje vseh znanih življenje.

Če bi to naredili sami, bi bilo neizvedljivo, zato so Lewin in njegovi kolegi prosili za pomoč. Kolegi raziskovalci, ustanove in celo cele države so pokazali zanimanje za prispevanje k projektu Earth BioGenome, prevzeli del delovne obremenitve in pomagali plačati račun.

»Države po vsem svetu želijo sodelovati na smiseln način,« je dejal Lewin, »ne samo z zagotavljanjem vzorcev projektu, ampak tudi … razvijanje lastnih notranjih zmogljivosti in infrastrukture za izvajanje zaporedja, interpretacije in informatike.« Pokazal je na Brazilija, ki po zaslugi Amazonskega bazena predstavlja približno deset odstotkov celotne svetovne biotske raznovrstnosti, kot država, ki si želi sodelovati.

Izzivi

Projekt spremlja nekaj vprašanj, med katerimi je nenazadnje, Je to izvedljivo in ali se sploh splača?

Odkrili so približno 1,5 milijona vrst, vendar strokovnjaki menijo, da to predstavlja le deset odstotkov celotnega števila obstoječih rastlin in živali. Do danes smo sekvencirali le približno 15.000 vrst.

Toda tehnologija sekvenciranja je precej napredovala od projekta človeškega genoma, 3 milijarde dolarjev vredne pobude, ki je trajala 13 let. Pred nekaj leti so se podjetja hvalila, da lahko sekvencirajo celoten človeški genom za manj kot 1000 dolarjev. Lani so trdili, da lahko to storijo za 100 dolarjev. Tako Lewin ni zaskrbljen glede zaporedja - osredotočen je na to, da se najprej dokopa do vzorcev.

"Najtežji del je pridobitev vzorcev," je dejal. »Sekvenciranje ni najtežje. Imamo tehnologijo za to. To je kupovanje, zbiranje, zagotavljanje pravilne veljavnosti določene vrste [to bo največji izziv]. Za mnoge vrste na svetu obstaja samo ena oseba, ki lahko identificira to vrsto. Na svetu je tako malo strokovnjakov, ki bi lahko opravljali tako delo.«

Vsi ne mislijo, da je projekt vreden zasledovanja, ko gre za reševanje vrst. Na mestu, kot je brazilska Amazonka, ki izgubi na tisoče kvadratnih milj deževnega gozda letno in kateri vlada se zdi neodločna v svoji zavezanosti zaščiti, kampanja za zaporedje vrst morda manjka bistvo.

"Glavno vprašanje o kraju, kot je Amazonka, je, kaj lahko storimo, da preprečimo, da bi v naslednjih tridesetih ali štiridesetih letih šel v dim." Stuart Pimm, naravovarstveni ekolog in strokovnjak za študije izumrtja, je dejal. "Če gre v dim, ne glede na to, ali poznamo genome ali ne, to za nas ne bo naredilo nič koristnega."

Pimm je priznal, da "se ne navdušuje nad genomi", vendar je dejal, "to se mi zdi daleč stran od glavnih izzivov... Mislim, da to ni zelo koristen projekt glede na obseg izzivov biotske raznovrstnosti, ki so povezani z varovanjem Amazonije in varovanjem biotske raznovrstnosti okoli svet.”

Do katerega konca

Če pustimo ob strani ohranitev vrst, morda ne bo trajalo desetletje, da se bo projekt Earth BioGenome začel izplačevati na druge načine. V nedavnem partnerstvu se je projekt pridružil podjetju Zemeljska banka kod, digitalna platforma, ki beleži in registrira biološke podatke v javni verigi blokov. Tako, da postanejo »biološka sredstva« države, vključno z gensko kodo, odprta in zaščitena pred njimi bioprospekcija, partnerstvo upa, da bo inovatorjem pomagalo razviti zdravila in tehnologije, ki jih navdihuje biologija, ki bi lahko definirale našo prihodnost. Nekatere vzvišene zamisli organizacije vključujejo uporabo mravelj za vplivanje na samovozeče avtomobile in strupenih žab za razvoj protimikrobnih zdravil.

»Namen [tega partnerstva] je zagotoviti delitev koristi od katerega koli izuma, inovacije in nove tehnologije, ki se razvije kot rezultat zaporedja biotske raznovrstnosti, kjer biotska raznovrstnost izvira iz katere koli posamezne države,« Lewin rekel. "Vsako znanje, ki izhaja iz tega projekta, ali ustvarjene koristi je mogoče vrniti ali pa del teh koristi deliti s temi državami."

Takšno partnerstvo bi lahko spodbudilo nov gospodarski model za kraje, kot je Amazonska nižina, kjer biogospodarstvo bi lahko temeljilo na navdihu bioloških organizmov in ne na izkoriščanju naravnega virov.

Toda najprej bodo morali začeti določati zaporedje. Ostaja le še nekaj milijonov vrst.

Priporočila urednikov

• Znanstveniki želijo Zemljo prekriti s senzorji. Njihovo skrivno orožje? Molji